JPH0241790A - レーザ加工機械 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［発明の目的］ （産業上の利用分野） この発明は、画像処理装置を備えたレーザ加工機械の改
良に関する。

（従来の技術） 従来、画像処理装置を備え、複合加工粘度を向」ニさせ
るレーザ加工機械において、ワークの下に光源を設置し
、ワークの上方に設置ノられたカメラでマークを透過し
た光を１ｌＩｉ像する透過光源方式を用いる場合、ワー
クの形状等の影響を受【ノずコントラストの高いマーク
画像を撮像−（・きる。

しかし、レーザ加工機械の構造上、ワークの下部に光源
を設置できない場合、ワークの上方に光源を設置し、ワ
ーク表面に光を当て、この反則光をカメラで捕える反射
光方式が用いられている。

（発明が解決しようとする課題〉 ところで、前述した反射光源方式では、ワークの表面反
射光と、マークの表面反射光（穴の場合、穴を通過し背
景面の反射光）とのコントラストによりマークを撮像す
る。この場合、ワークの材質の違いや錆、油等によるワ
ーク表面状態の変動によって反射率が異なり、カメラへ
の入射光ωが大ぎく変わる。このため、ワーク表面状態
の変動条件に従って、レンズ絞り等の調整をいちいち行
なわなりればならないという問題があった。

この発明の目的は、前記問題点を改善するため、ワーク
の材質の違いや錆、油等によるワーク表面状態の変動条
件が変っても、基準マークを安定して撮像するために撮
！＆装置内への入射光量に応じてビデオ信号レベルが一
定となるＪ、うに画像処理装置を備えたレーザー加工機
械を提供することにある。

［発明の構成］ （課題を解決するための手段〉 上記目的を達成するために、この発明は、板状ワークを
載置し平面内に案内するワークテーブルと、このワーク
デープルの上方に設けられた撮像装置と、前記ワークに
設りた基準マークを前記撮像装置の真下に位置させる基
環ン一り位置決め手段と、前記撮像装置で撮像された前
記基準マクの平面位Ｖｆｌ　’ｅｃいし平面姿勢に基づ
いて前記基準マークに対しで前記ワークの適正位置を加
工する加工手段と、前記基準マークを安定して撮像する
ために前記搬像装置内への入射光量に応じてビデオ信号
レベルが一定となるにうシャッタスピードを自動調整す
る可変電子シャッタスピード手段ど、を備えて加工機械
を構成した。

（作用） この発明のレーデ加工機械を採用づることにより、可変
電子シャッタスピード手段により搬像装置内への入射光
量に応じてビデオ信号レベルが定となるようにシャッタ
スピードが自動的に調整される。而して、ワークの状態
によらず、安定したビデオ信号が得られてワークに設け
たｍｌワークを安定して撮像される。

（実施例） 以下、この発明の実施例を補止方式に関する実施例（第
６図〜第１５図）と、光道１補正機描を備えたカメラの
実施例（第１図〜第５図）と、レザ加工機械への応用例
（第１６図）とに分【プて説明する。

第６図おにび第７図はこの発明の一実施例を示−３〜 ずものであり、レーザ加工機械１に対しでワーク形状認
識装置３が設置されている。

レーザー加工機械１は例えばＮＣターレットパンチプレ
スと共に設置され、銀金複合フィンを構成するものであ
る。

ワーク形状認識装置３は、レーザー加工機械１に設置さ
れた撮像装置としてのカメラ５、画像処理装置７、画像
再生ターミナル９を備えており、また画像処理装置７は
レーザ加工機械１のコントローラ１１と繋れでいる。

前記カメラ５には、さらにレンズ１３、およびランプ１
５が付属されている。またレーザ加工機械１のワークデ
ープル１７には基準マークとしての画像取込穴１９が設
りられたワークＷがクランプされる。ランプ１５からの
光がこの画像取込穴１９周辺のワークＷを照射し、この
反射光がカメラ５に達するように設定されている。

上記構成のワーク形状認識装置の動作を次に説明する。

第８図に示すように、レーザ加］］機械１のワークチ−
プル１７に対しでワークＷ′／Ｊ＜同図（ａ　）に示す
ように正規の位置に対しでずれた状態で設置された場合
、回転角度θについては同図（ｂ　）に示す修正が必要
であり、Ｘ軸、Ｙ軸方向の修正にツイテハ同図（ｃ）、
（ｄ）に示ず修正が必要となる。

このθ、Ｘ、Ｙｋ：ｐＡする修正値の算出は第９図乃至
第１１図に示す手順による。レーザ加工機械１のワーク
テーブル１７上に設置されたワークＷには予めデープル
設置用基準加工穴へ１．Ａ２の２個が設けられており、
その一方の基準加工穴△１がカメラ５の真下に位置する
ようにワークテーブル１７が移動し、位置決めされる。

（ステップ２１．２２）この後コントローラ１１はデー
プル設置用基準穴Ａ１の画像取込み指令を発づる。

（ステップ２３） この画像取込み指令を通して、画像処理装置７はランプ
１５をオンとし、レンズ１３を介して、基準穴Ａ１の画
像をカメラ５によって取込む。画像取込みが終ると、ラ
ンプ１５をオフとし、続いて手心座標（Ｘ＋−、Ｖ＋　
　−）の算出がなされ、そのｉｉｌ算後に基準穴△１画
像取込み完了信号がコント［」−ラ１１に対しで発せら
れる。（ステップ２４−２６＞ 続いてワークテーブル１７はテーブル設置用基準加工穴
Ａ２がカメラ５の真下にくるように移動し、その位置決
め完了後に基準穴Ａ２の画像取込み指令が画像処理装置
７に対しで発せられる。

（ステップ２７−２９＞ 画像処理装置７の側で【よ、上記の画像取込み指令に応
答してランプ１５をオンとし、レンズ１３を介して、基
準穴△２の画像取込みが開始される。

この画像取込みが完了した後、ランプ１５はオフとされ
、続いて加工基準穴Ａ２の重心座標（メ２、Ｖ２−）の
算出が行なわれる。そしてこの加工基ｔ１１穴Ａ２の重
心座標のｉｆｆ算が完了した後、基準穴Ａ２画像取込み
完了信号がコントローラ１１に対しで発せられる。（ス
テップ３Ｏ−３２）続いて画像処理′＠置７においては
、上記処理によって得られた実際のワークＷの加工基準
穴Ａ１Ａ２の重心座標（Ｘ＋　　−、Ｖ２−）、（Ｘ２
−。

１／２−）を、予め学習モードの際に記憶装置に格納さ
れている正規の重心座標（Ｘ＋、Ｖ＋）、（Ｘ２．Ｖ２
）と比較し、修正値Δθ、ΔＸ、ΔＹを算出する。（ス
テップ３３〉 この修正値の計算は次による。

△θ−ｃｏｓ−’（Ａ／Ｂ） 八−（Ｘ２−Ｘ＋　）（Ｘ２−−Ｘ＋　　−）＋（Ｖ２
　Ｖ＋）（Ｖ２−−１’＋−）Ｂ＝　　Ｊ　［（（Ｘ　
　２−　Ｘ＋）’−ｔ−（Ｖ　　２　　　　Ｖ＋）’＞
＜（Ｘ２　　−　−　Ｘ＋　　　−）’＋（Ｖ　　２　
−−１１＋−）’）］］ΔＸ＝ｘ、−−ｘ １Ｙ＝Ｖ＋　　−−１１＋ こうして得られた修正値△θ、ΔＸ、ΔＹについては、
レーザ加工機械１のコン［ヘローラ１１にフィードバッ
クがなされる。コン１〜ローラ１１はこの修正値データ
を受けて、レーザ加工機械１のワークテーブル１７の位
置決めに際し補正を）ｊえることかできる。

なお、上記実施例ではこのコントローラ１１に対し修正
値をオンラインで送信するようにしたが、画像再生ター
ミナル９に対しで画像処理装置７から修正値へ〇、ΔＸ
、△Ｙを出力表示させ、オペレータがその表示データを
児てコントローラ１１に修正値をインプラ１−すること
も可能である。

このようにして、銀金複合ラインにおいて、レーザ加工
機械１に自動的に送られてくるワークＷの設置位置が正
規の状態からずれた場合、ワーク形状認識装置３により
その実際のワークＷの設置位置の位置ずれを検出し、補
正値としてレーザ加工機械１のコントローラ１１に与え
ることができ、レーザ加工に際してはその修正値に基づ
いてワークＷの加工位置を補正し、正確なレーザ加工を
実施する。

なおワークＷの上記加工基準穴Ａ＋　、Ａ２を利用し、
或は加工判定用基準穴を別途にワークＷに形成しておき
、その加工基準穴の形状をカメラ５によって取込み、学
閥モード時記憶手段に記憶されている正規の加工判定用
基準穴の面積と比較し、製品の加工良／加工不良を判定
することも行なわれる。この加工形状の判定手順を第１
２図及び第１３図に基づいて説明する。

学習モード時に加工判定用基準穴の正規の面積Ｓが予め
記憶されている。

ワークＷのレーザ加工が完了した時点で、ワクＷの上に
形成された加工判定用基準穴Ｓ′をカメラ５の真下に位
置決めし、加工判定用基準穴の画像取込み指令をワーク
形状認識装置３に対しで発する。（ステップ４１．４２
） 画像処理装置７においては、ランプ１５をオンとし、レ
ンズ１３を介して、カメラ５によって加工判定用基準穴
Ｓ′の画像取込みを行なう。この画像取込みが完了した
後、うンブ１５をオフとする。（ステップ４３） この後、加工判定用基準穴Ｓ″の面積が算出され、学習
モード時に記憶された正規の加工判定用基準穴の面積Ｓ
との比較がなされる。（ステップ４４．４５） ここで（Ｓ−８′）が許容誤差範囲を越えているならば
、加工製品に不良が出ているものとし、アラームを発し
、副ペレータに知らせる。

このようにしてワークＷ上に形成した加工判定用基準穴
の画像を採取し、その面積を計算することにより、正規
の面積に対し実際の加工基準穴の面積がある許容範囲内
にあるかどうかによって、製品の良／不良を判定するこ
とができるのである。

なお、上記実施例で【よレーザ加工機械１に対しでカメ
ラ５を固定し、ワークデープル１７が移動する場合につ
いて述べたが、ワークＷに対しでカメラ５が所望の位置
に移動できるように構成することも可能であり、ざらに
は、両者が同時に移動し、位置決めするものについても
適用できるこれらの応用例についでは第１６図で詳述す
る。

以上の実施例ではワークＷの加工基準面の正規の形状デ
ータと実際の形状データとを比較して修正値を演算する
ものであるため、その修正値を用いてワークＷの加工基
準面の位置ずれを補正しながらワークＷへの加工が行え
るものであり、ワークＷの設置に位置ずれが生じた場合
でも正確な加工を実現覆るために活用できる利点がある
。

次に、カメラ５に備えられた光量補正機構の可変電子シ
ャッタスピード手段について説明する。

まず、可変電子シャッタスピード手段を備えたカメラ５
における例えばＣＯＤカメラの基本構造は、第４図に示
されているように、マトリックス状に並んだフォートダ
イオード４７と、これによって光電変換され、発生した
電荷を一定ザイクルでビデオ信号発生アンプへ転送する
ＣＯＤシフトレジスタ４９と、この電荷をビデオ信号に
変換するビデオ信号発生アンプ５１とからなっている。

ここで、フォートダイオード４７の電荷蓄積の状態を第
５図＜ａ　＞および（ｂ）を基に説明すれば、通常のＴ
Ｖカメラ５は規格より１画面の走査期間は、第５図の（
ａ）に示すごとく、１／６０ｓｅｃである。したがって
、シャッタスピードは１／６０ｓｅｃであり、電荷は１
　／　６０　ｓｅｃ蓄積される毎にＣＯＤシフトレジス
タ４つへ掃き出される。

第５図（ｂ）では、１　／　６０　ｓｅｃの期間中の任
意の期間Ｔｒｔでの蓄積電荷（第５図の（ｂ）における
斜線部）をダミーで掃き出し、これを無視することによ
り、シャッタスピード（１／６０Ｔｒ　）　ｓｅｃのビ
デオ信号が得られる。この第５図の（ｂ）からも分るよ
うに、一定光量が入光時にシャッタスピードが速くなる
ほど、蓄積電荷が少なくなり、ビデオ信号レベルが落ら
る。この関係は下記式で表わされる。

ＶαＬ−３ 但し、Ｖ：ビデオ信号レベル（Ｖ）、Ｌ：入射光ｍＳニ
ジ１７ツタスピード（ｓｅｃ＞第１図にはカメラ５に備
えられた光量補正機構としての可変電子シャッタスピー
ド手段を説明する制御構成ブロック図が示されている。

第１図において、カメラ５には可変電子シャッタスピー
ド手段５３が備えられている。可変電子シャッタスピー
ド手段５３は、積分回路５５．レベル設定器５７．比較
器５９．電子シャッタスピード制御回路６１およびタイ
ミング回路６３とで構成されている。

すなわち、ビデオ信号を積分回路５５で積分し、レベル
設定器５７によって予め設定された基準レベルと比較器
５９で比較する。比較器５９で比較されたビデオ信号と
基準レベルとが一致するように電子シャッタスピード制
御回路６１で制御され、タイミング回路６３を介してカ
メラ５の）Ａ−トダイオード４７へ送られて光電変換さ
れる。

このように、カメラ５に可変電子シャッタスピード手段
５３を備えたことにより、光量の変動に対しでビデオ信
号レベルを一定に保つことができる。この可変電子をシ
ャッタスピード手段５３には駆動部がないため、耐久性
が高いという効果を秦する。

上記構成により、第２図を用いて動作を説明すれば、ラ
ンプ１５から照射された光はワークＷで反射し、レンズ
１３を通り、カメラ５へ入射する。

カメラ５内では、視覚センサ６５を経で予め適正に撮像
できるように可変電子をシャッタスピード手段５３のう
らのレベル設定器５７で設定した基準レベルとなるよう
に、電子シャッタスピード制御回路６１で電子シャッタ
スピードが制御される。

つまり、入射光量が第３図（Ｃ）に示したごとく低（）
れば、電子シャッタスピードを遅くして基準レベルにな
るよう制御し、また、反射光量が高りれば、第３図（Ｂ
）に示したごとく、電子シャッタスピードを速クシ基準
レベルになるよう制御される。

以上のことから、ワークＷの表面反射率の違いによるカ
メラ５への入射光量の変動によらず、適正なビデオ信号
レベルが得られてワークＷに設けた基準マークを安定し
て撮像することができる。

以下、第１４図〜第１６図を参照して、各種応用例を説
明する。

まず、第１４図及び第１５図は、補正の応用例を示すも
のである。

第１４図に示すＪ：うに、ワークＷにタレッ１〜バンブ
ープレス等でパンチ孔ＰＨが複数製品Ｍ１〜Ｍ６につい
てそれぞれ形成された後、破線部分Ｌ　ｌ−１をレーザ
加工する場合を考える。

この場合、予め作成されＩＣＮ　Ｃ加工データを用いて
、パンチ孔Ｐ　ｌ−１を形成し、次いで、レーザ孔Ｌ１
−１を形成したなら、両者の孔１）　ｌ−１、１＋−１
との間に大きなずれが生ずる恐れがある。

ここに、レーザ孔ＬＨの形成に際し、予め、パンチ孔を
第６図に示したカメラ５で撮像し、第６図〜第１３図に
示した方式でレーザ加■に際して所定の補正を行ったな
ら、各製品Ｍ１〜Ｍ６について、パンチ孔Ｐ　ｌ−１と
レーザ孔１−１−１との整合が図れるというものである
。

特に、プレス加工及びレーザ加工を併仕て行なうことが
できるような複合加工機械にあっては、その効果は顕著
なものとなる。

即ち、第１５図には、このような複合加工機械について
の処理方式が示しである。

ステップ６７では、プレスによって単位製品Ｍのパン孔
ＰＨが作成され、ステップ６８で、カメラ５によってパ
ンチ孔Ｐ　Ｈの搬像が行われる。

次いで、ステップ６９では、シー１ア加工形状（Ｌ　Ｈ
）についてレーザ加工用ＮＧデータの補正が行われるの
である。ここに、レーザ加工に際しては、予め作成され
たデータを補正するのではなく、形成されたパンチ孔Ｐ
　ｌ−１位置に基いて、新たにＮＣデータが形成されて
も良いものである。

ステップ７１では、単位製品Ｍｉのレーザ加工が実施さ
れ、次いて゛、ステップ６７で次の製品についでの加工
が行われる。

第１／Ｉ図及び第１５図に示す例によれば、ワークＷの
つかみ換え等による相対的誤差の発生を１大滅させるこ
とができる。

なお、カメラ５により捉えられるパンチ孔Ｐ　ｌ−１の
数は、本例に示すように複数である必要は必ずしもなく
、製品形状としてのレーザ孔ＰＨとパンチ孔ＰＨとの間
の相対的関係を適正にすることができるものなら、１個
の円２点、角等他の形状であっても差し支えないもので
ある。

又、前加工としてのパンチ孔Ｐ　ｌ−１は必ずしもパン
チ孔である必要はなく、後のレー看ア加工ＬＨを行なう
ための基準となるマークなら、カメラ５で撮像できるこ
とを条件として何でも良い。

次に、画像処理装置を機械に応用するに際しては、１つ
に、相対的移動方式の考慮が必要である。

即ち、レーザ加工機械はワークＷとレーデ加■ヘッドと
の間の相対的運動により行われるものであり、Ｚ（Ｄ方
式如何、よ、−、：晶Ｊ　ｊ　−ｙ　５　（７）内部描
込、カメラ５の取付構造、補正方式等、それぞれ異なる
というものである。

そこで、相対的移動方式を分類すると、大きく分けて次
の３種となる。

（Ｉ）レージ加工ヘッドは固定で、ワークＷがＸＹ平面
で移動する方式。

（Ｉｌｌ）　　（Ｉ）とは逆に、ワークＷが固定で、レ
ーザ加工ヘッドがＸＹ平面上を移動する方式。

（ＩＩＩ）レーザ加工ヘッド及びワークＷがそれぞれ直
交方向に独立して移動づる方式。

第１６図に示したレーデ加工機械７３は、第７図で示し
たレーザ加工機械と同様に加工ヘッド（図示せず）を固
定し、ワークＷを載置するテーブル７５がＸＹ片面内で
移動するタイプのものである。ただし、本例に示したレ
ーザ加１１ｆｉ械７３では、テーブル７５は、ぞの下方
に位置する移動床ＴＸ、ＴＹによって支承されており、
ワークＷの下面は、全移動領域において、王の下面に少
なくとも１つの床面ＴＸ又はＴＹを有する如き態様とな
る。

このようなレーザ加工機械７３においては１、ワークＷ
の下面に第２図に示したようなランプ１５を備えるのは
困難である。

よって、本例では、加工ヘッドを支持づることになる門
型フレーム７７にカメラ７９を備えることとし、このカ
メラ７９は光反射型のものを採用した。なお、図におい
て参照符号ＬＢはレーザビームを、参照符号８１は基台
を、参照符号８３．８５は反射鏡及び集光レンズを示す
ものである。

カメラ７９の門型フレー７７での取付位置は、加工ヘッ
ド側面又はこの加工ヘッドに近接した位置とするのが良
い。というのは、一般に、このようなタイプのレーザ加
工機械では、移動床ＴＸ。

ＴＹの移動により、ワークＷの各位置を加工ヘッドと対
応させることが可能となっている関係上、加工ヘッドに
近接した位置なら、ワークＷの全上面の所定位置を撮像
することが可能だからである。

なお、装置の都合上、カメラ７９を加工ヘッドと近接し
た位置に設けられない場合には、カメシフ９を門型フレ
ーム７７ないし、これど並設されるフレームトで少なく
ともＹ方向に移動可能に取付りることが望まれる。

カメラ７９の掘像信号は、第６図に丞したように画像処
理装置７に取込まれ、第８図に示したような姿勢、位置
に関する補正が行われると共に、又、第１４図及び第１
５図に示したような製品毎の補正が行われ得るものであ
る。

なお、この発明は前述した実施例に限定されることなく
、適宜の変更を行なうことにＪ、す、その他の態様で実
施し得るものである。

［発明の効果］ 以上のごとき実施例の説明より理解されるように、この
発明によれば、ワークに設りた基準マークを安定して撮
像するために１４ｇｌ装置内への入射光量に応じてビデ
オ信号レベルが一定と（２るようシャッタスピードを自
動調整する可変電子シャッタスピード手段を備えている
から、搬像装置内への入射光量に応じてビデオ信号レベ
ルが一定と４ｊるようシャッタスピードを自動的に調整
することができる。而してワークの状態によらず、安定
したビデオ信号が得られてワークの下方に光源を設置で
きないレーザ加工機械において、ワークの表面状態によ
らず適正な位置補正を行なうことができる。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の主要部を承り可変電子シャッタスピ
ード手段の制御構成ブロック図、第２図はカメラの動作
を説明する説明図、第３図＜Ａ）〜第３図（Ｃ）は可変
電子シャッタスピード手段で光量を補正する説明図、第
４図はカメラの基本構造を示す概要図、第５図の（ａ　
’）および（ｂ）はフォートダイ刺−ドの時間に対する
電荷蓄積状態図である。 第６図はこの発明の一実施例のシステム構成図、第７図
は上記実施例のカメラ設置状態を示す斜視図、第８図は
」上記実施例の修正値算出方法を示す模式図、第９図は
上記実施例の動作説明図、第１０図は上記実施例の動作
説明図、第１１図は上記２０一 実施例の動作を示すフローチャート、第１２図は上記実
施例の他の動作を示す動作説明図、第１３図は上記実施
例の他の動作のフローチャートである。 第１４図はワークの加工状況を示す平面図、第１５図は
加工方式を示すフローチャート、第１６図はワーク移動
型のレーザ加工機械を示づ一斜視図である。 １・・・レーザ加工機械　５・・・カメラ（撮像装置）
７・・・画像処理装置　　１５・・・ランプ１７・・・
ワークテーブル １９・・・画像取込穴（基準マーク） ５３・・・可変電子シャッタスピード手段６１・・・電
子シャッタスピード制御回路代理人　　弁理士　　　三
　好　　保　男１・・・レーザ加工機械　５・・・ノ）
メラ（撮像装置）７・・・画像処理装置　　１５・・・
ランプ１７・・・ワークテーブル １つ・・・画像取込穴（基準マーク〉 ５３・・・可変電子シャッタスピード手段６１・・・電
子シャッタスピードυ制御回路第１ 第２図 ５９〇− ｒく 第１６図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 板状ワークを載置し平面内に案内するワークテーブルと
   、このワークテーブルの上方に設けられた撮像装置と、
   前記ワークに設けた基準マークを前記撮像装置の真下に
   位置させる基準マーク位置決め手段と、前記撮像装置で
   撮像された前記基準マークの平面位置ないし平面姿勢に
   基づいて前記基準マークに対しで前記ワークの適正位置
   を加工する加工手段と、前記基準マークを安定して撮像
   するために前記撮像装置内への入射光量に応じてビデオ
   信号レベルが一定となるようシャッタスピードを自動調
   整する可変電子シャッタスピード手段と、を備えてなる
   ことを特徴とするレーザ加工機械。